機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈包括機(jī)床整機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)及核心功能部件，下游對應(yīng)到汽車、通用機(jī)械、3C 電子、模具、航空航天、工程機(jī)械等廣泛的制造業(yè)領(lǐng)域。 數(shù)控系統(tǒng)：機(jī)床核心關(guān)鍵部件之一，包含 CNC 裝置、伺服控制系統(tǒng)及檢測反饋裝 置等，直接影響基礎(chǔ)機(jī)床精度、動態(tài)特征等核心參數(shù)。 機(jī)床整機(jī)：機(jī)床品類眾多，主要包括金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)床、木加工機(jī)床、 磨床等。凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細(xì)的零件，一般都需在機(jī)床上用 切削的方法進(jìn)行最終加工。 核心功能部件：包含電主軸、滾動功能部件(滾珠絲杠副、直線導(dǎo)軌副)、復(fù)合銑 頭、刀庫、刀塔等，亦對機(jī)床的加工精度、效率和性能施加影響。

　　機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)亲灾骺煽氐牡湫唾惖?。?dāng)前不論是數(shù)控系統(tǒng)核心部件還是高精尖的機(jī)床整 機(jī)均存在技術(shù)封鎖。從“巴統(tǒng)清單”到“瓦森納協(xié)定”，海外將數(shù)控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略物資實(shí) 行出口許可證制度，對包括中國在內(nèi)的諸多國家實(shí)行了嚴(yán)格的技術(shù)封鎖。同時，海外高 端機(jī)床有嚴(yán)格的使用范圍和位置限制，尤其是部分國家對國內(nèi)航空航天、軍工等領(lǐng)域的 整機(jī)產(chǎn)品實(shí)施嚴(yán)格的技術(shù)禁運(yùn)。實(shí)際上，當(dāng)前在航天航空、軍工等高端制造、關(guān)系國家 安全等領(lǐng)域，部分機(jī)床產(chǎn)品仍然存在“卡脖子”問題，自主可控存在緊迫性。 國家已連續(xù)多年發(fā)布政策重點(diǎn)扶持國內(nèi)機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展。就近期政策來看，1)國家“十 四五”發(fā)展規(guī)劃提出，堅(jiān)持自主可控、安全高效，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化。 2)2021 年 8 月國資委擴(kuò)大會議提出，推動中央企業(yè)主動融入國家基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ) 研究創(chuàng)新體系，針對工業(yè)母機(jī)、高端芯片、新材料、新能源汽車等領(lǐng)域加強(qiáng)關(guān)鍵核心技 術(shù)攻關(guān)。工業(yè)母機(jī)與高端芯片、新材料、新能源汽車等置于同樣戰(zhàn)略高度。3)十四五智 能制造發(fā)展規(guī)劃更進(jìn)一步明確研發(fā)智能立/臥式五軸加工中心、車銑復(fù)合加工中心、高精 度數(shù)控磨床等工作母機(jī)。產(chǎn)業(yè)鏈自主可控持續(xù)推進(jìn)。

　　機(jī)床整機(jī)：存在供給薄弱環(huán)節(jié)，五軸機(jī)床自主可 控發(fā)力

　　臥加、立加等中大型機(jī)床仍是供給偏薄弱環(huán)節(jié)

　　機(jī)床整體國產(chǎn)化率已相對較高，但部分細(xì)分品類仍然存在供給薄弱環(huán)節(jié)。以加工中心為 例，根據(jù)中國機(jī)床工具工業(yè)年鑒數(shù)據(jù)計算，2019 年立式加工中心、臥式加工中心和龍 門加工中心國產(chǎn)化率分別為 61.3%、25.5%和 40.9%1，而銑車復(fù)合加工中心基本依賴 進(jìn)口。2019 年國內(nèi)加工中心在臥式加工中心和龍門加工中心等環(huán)節(jié)相對薄弱。從海關(guān) 數(shù)據(jù)看，近年來臥式加工中心、龍門加工中心出口金額盡管有所提升，但金額仍大幅低 于進(jìn)口金額水平?？傮w來看，加工中心細(xì)分賽道或呈現(xiàn)國產(chǎn)化程度車銑復(fù)合<臥加<龍 門<立加。龍門和臥加等中大型機(jī)床下游或主要面向汽車、航空航天等行業(yè)中大型精密 結(jié)構(gòu)件加工，先進(jìn)制造占比較高，技術(shù)壁壘相對較高，國產(chǎn)化程度有待持續(xù)提升。補(bǔ)齊 細(xì)分品類的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)中高端機(jī)床國產(chǎn)替代，這亦是國內(nèi)機(jī)床行業(yè)中長期結(jié)構(gòu)性成 長機(jī)遇。

　　五軸數(shù)控機(jī)床持續(xù)滲透，亟需實(shí)現(xiàn)自主可控

　　重點(diǎn)關(guān)注五軸數(shù)控高端機(jī)床賽道。五軸數(shù)控機(jī)床主要運(yùn)用領(lǐng)域包括航空航天、汽車、機(jī) 械加工、半導(dǎo)體、軍工、精密模具、軌道交通、3D 打印、醫(yī)療器械等。以德馬吉森精 機(jī)、科德數(shù)控為例，兩家公司的下游收入占比較大的領(lǐng)域包括通用機(jī)械、汽車、模具、 航天航空等。五軸數(shù)控機(jī)床在形狀復(fù)雜、多線性、異形曲面等特點(diǎn)的加工零件中運(yùn)用較 多，尤其在航空航天和軍工領(lǐng)域，是解決航空發(fā)動機(jī)葉輪、葉盤、葉片、船用螺旋槳等 關(guān)鍵產(chǎn)品加工的唯一手段。

　　五軸機(jī)床市場規(guī)模約百億，但其在國內(nèi)機(jī)床行業(yè)的需求占比相對較低，未來滲透空間較 大。根據(jù) MIR，2021 年國內(nèi)目標(biāo)金切機(jī)床市場約 679 億，其中五軸金切機(jī)床占比達(dá) 13%， 對應(yīng) 88 億市場空間，考慮到五軸數(shù)控磨床等市場空間，2021 年國內(nèi)五軸機(jī)床市場規(guī)模 或達(dá)百億。但基于國內(nèi)機(jī)床消費(fèi)的龐大基數(shù)，五軸機(jī)床的需求占比相對較低。五軸機(jī)床 核心優(yōu)勢之一是提升加工效率和質(zhì)量水平，但當(dāng)前國內(nèi)部分制造業(yè)對加工的要求相對較 低且三軸機(jī)床的運(yùn)用相對廣泛且技術(shù)成熟，效益和成本博弈下，五軸機(jī)床的廣泛滲透仍 有待性價比優(yōu)勢顯現(xiàn)。

　　當(dāng)前五軸機(jī)床價值量較三軸機(jī)床等明顯更高，并較多運(yùn)用于軍工、航空航天等對制造要 求較高且對價格相對不敏感的行業(yè)。而伴隨國內(nèi)持續(xù)推進(jìn)高端制造轉(zhuǎn)型，高技術(shù)制造業(yè) 增加值占規(guī)模以上工業(yè)增加值的比重持續(xù)提升，五軸數(shù)控機(jī)床高加工效率、高精度且節(jié) 省人工和場地成本的優(yōu)勢將更加凸顯，市場需求有望持續(xù)擴(kuò)容。同時，更多民營企業(yè)已 參與五軸數(shù)控機(jī)床的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，國產(chǎn)五軸機(jī)床價格一般更低，國內(nèi)廠商介入市 場除了進(jìn)一步打破海外品牌的壟斷格局，或?qū)⑼苿游遢S數(shù)控機(jī)床價格下降，促進(jìn)五軸機(jī) 床在下游的應(yīng)用滲透。

　　而隨著五軸機(jī)床需求增加，自主可控的緊迫性凸顯。一方面，目前五軸機(jī)床海外品牌市 占率較高，以 2021 年國內(nèi)五軸數(shù)控機(jī)床 100 億空間測算，國內(nèi)五軸機(jī)床龍頭之一科德 數(shù)控市占率僅 2%-3%。除此之外，國內(nèi)具備五軸數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)能力的企業(yè)還包括北京 精雕、海天精工、紐威數(shù)控、普什寧江、艾弗米(拓斯達(dá)控股子公司)、博魯斯潘等企業(yè)。 根據(jù) MIR，2021 年科德數(shù)控在國產(chǎn)五軸聯(lián)動機(jī)床(包括外資國產(chǎn)，下同)市占率約 9%- 10%，據(jù)此測算，國產(chǎn)五軸聯(lián)動機(jī)床市場空間約 24 億元，扣除格勞博、米克朗等外資 在國內(nèi)產(chǎn)銷份額，預(yù)計五軸機(jī)床國產(chǎn)化率不足 20%。

　　另一方面，海外對我國高端五軸數(shù)控機(jī)床存在技術(shù)封鎖，美、日企業(yè)對出口中國的五軸 數(shù)控機(jī)床設(shè)置嚴(yán)格的審批和限制制度。1)五軸數(shù)控機(jī)床使用功能受到嚴(yán)格管制，比如 日本可以限定設(shè)備的用途和位置，一旦移動位置或改變用途，數(shù)控系統(tǒng)將自動鎖死。德 國企業(yè)售后服務(wù)人員攜帶 GPS，可對設(shè)備進(jìn)行定位。2)機(jī)床品類受到嚴(yán)格限制，超精 密機(jī)床(納米級)在任何情況均禁止向國內(nèi)出售，德馬吉森部分五軸機(jī)床產(chǎn)品限制對中 國銷售。

　　在政策扶持下，國內(nèi)五軸數(shù)控機(jī)床目前取得可喜的發(fā)展，以科德數(shù)控等為代表的國產(chǎn)企 業(yè)實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破，逐步推進(jìn)五軸數(shù)控機(jī)床的自主可控。根據(jù)科德數(shù)控招股說明書披 露，公司獲得 04 專項(xiàng)等國家課題的支持，得到了航空航天、能源、汽車等重點(diǎn)領(lǐng)域典 型用戶應(yīng)用機(jī)會，并通過用戶的應(yīng)用反饋，不斷促進(jìn)公司產(chǎn)品的技術(shù)迭代和成熟度提升。 同時，公司亦連續(xù)多年保持高強(qiáng)度的研發(fā)投入，加速核心技術(shù)開發(fā)和積累，2017-2021 年公司研發(fā)投入占營收比例未低于 30%。從最終結(jié)果來看，公司取得五軸數(shù)控機(jī)床自主 可控的較快進(jìn)展：1)公司是國內(nèi)極少數(shù)同時研制高檔數(shù)控系統(tǒng)、關(guān)鍵功能部件、五軸數(shù) 控機(jī)床整機(jī)并批量應(yīng)用的企業(yè);2)公司成功切入對五軸機(jī)床需求量最大、技術(shù)難度最 高的航空航天領(lǐng)域，設(shè)備在精度、動態(tài)性能、可靠性等綜合性能上能夠滿足軍方的需求， 整機(jī)復(fù)購率達(dá) 40%，充分說明公司產(chǎn)品在性能、穩(wěn)定性上有優(yōu)勢。3)公司五軸立式加 工中心 KMC800 產(chǎn)品進(jìn)入軍工國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床供應(yīng)目錄，目錄內(nèi)國產(chǎn)設(shè)備會被優(yōu)先 采購。4)當(dāng)前，公司立足航空航天、軍工等領(lǐng)域優(yōu)勢，發(fā)力新能源汽車、能源裝備(風(fēng) 電減速機(jī)殼體、大型汽輪機(jī)葉片等)、機(jī)床刀具等民用領(lǐng)域制造，拓展株洲鉆石、廣西玉 柴、恒鋒工具、勝鼎智能、科華控股、威力傳動等典型客戶。

　　往后看，更多機(jī)床企業(yè)正參與到高端五軸數(shù)控機(jī)床的自主可控進(jìn)程。伴隨著更多五軸數(shù) 控機(jī)床產(chǎn)品在下游運(yùn)用試錯、迭代，五軸數(shù)控機(jī)床的國產(chǎn)化率有望提速。

　　數(shù)控系統(tǒng)：機(jī)床的“靈魂”，國產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展任重 道遠(yuǎn)

　　機(jī)床之“魂”，決定機(jī)床整體制造水平

　　數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床核心關(guān)鍵部件之一，直接影響基礎(chǔ)機(jī)床精度、動態(tài)特征等核心參數(shù)，與 伺服驅(qū)動及電機(jī)，電主軸，銑頭，轉(zhuǎn)臺，刀庫等其他關(guān)鍵功能部件共同決定了機(jī)床的精 度和效率。廣義的數(shù)控系統(tǒng)包括伺服電機(jī)等驅(qū)動裝置及 CNC 系統(tǒng)、位置檢測模塊、可 編程序控制器、進(jìn)給伺服控制模塊等控制及檢測裝置構(gòu)成，對刀具運(yùn)動形成精準(zhǔn)的閉環(huán) 控制。優(yōu)秀的數(shù)控系統(tǒng)往往不斷經(jīng)歷技術(shù)的迭代，其中不僅涉及到算法及控制技術(shù)本身 的革新，也涉及到與下游具體工藝工程的結(jié)合，由此形成極高技術(shù)壁壘。 從基本控制原理來說，“插補(bǔ)”為數(shù)控系統(tǒng)典型的運(yùn)動控制手段，由于加工工具的運(yùn)動控 制軸只能進(jìn)行直線運(yùn)動，具體方法為將復(fù)雜的加工曲線分為一系列離散點(diǎn)，然后用無數(shù) 段微小的直線或者圓弧來進(jìn)行加工曲線的最大化擬合。而無數(shù)段小的直線段及圓弧則基 于在極小的一段時間周期內(nèi)通過多軸聯(lián)動形成的矢量位移來實(shí)現(xiàn)。以基礎(chǔ)的平面脈沖增 量插補(bǔ)算法為例，當(dāng)向 X、Y 軸均施加 1 個脈沖當(dāng)量時，刀路將運(yùn)動√2個當(dāng)量位移且矢 量運(yùn)用方向與 X、Y 軸成 45 度。而普通數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量一般是 0.01mm 左右，精 密的數(shù)控機(jī)床脈沖當(dāng)量可達(dá)到微米級甚至納米級(或者極小的一段時間周期)，為極致 細(xì)分插補(bǔ)點(diǎn)、運(yùn)動軌跡精細(xì)化提供基礎(chǔ)。同時，數(shù)控系統(tǒng)還通過位置/速度檢測裝置，來 進(jìn)一步跟蹤實(shí)際的運(yùn)動位置和速度，并反饋到控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，對可能存在的運(yùn)動 偏差做控制指令的修正，從而形成閉環(huán)控制。

　　隨著零件加工工藝逐步復(fù)雜化、精細(xì)化，數(shù)控系統(tǒng)對運(yùn)動的控制變得愈加復(fù)雜。上述插 補(bǔ)過程僅是 X、Y 平面的二維二軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)動，當(dāng)前國內(nèi)機(jī)床普遍為三軸及以上聯(lián)動 機(jī)床，涉及到 Z 軸及旋轉(zhuǎn)軸的控制，尤其是五軸機(jī)床是把平面運(yùn)動路徑控制延伸到三維 立體空間，相較平面運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動改變插補(bǔ)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，點(diǎn)坐標(biāo)的映射變 化關(guān)系研究和相關(guān)插補(bǔ)算法更加繁復(fù)。插補(bǔ)功能亦從此前簡單的直線圓弧發(fā)展到直接進(jìn) 行樣條曲線插補(bǔ)等高端功能。此外還包括螺旋插補(bǔ)、多項(xiàng)式插補(bǔ)、漸開線插補(bǔ)等插補(bǔ)功 能，及垂直度誤差補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、RTCP 補(bǔ) 償?shù)榷喾N補(bǔ)償功能。數(shù)控系統(tǒng)越高檔，其功能便更加多樣全面。

　　由此可見，數(shù)控系統(tǒng)作為機(jī)床的核心部件，從根本上決定了機(jī)床加工控制水平(精度、 效率等)，反應(yīng)了機(jī)床加工整體水平。經(jīng)過多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬件數(shù)控到計算機(jī)軟件定義的智能產(chǎn)品，當(dāng)前仍在經(jīng)歷智能化轉(zhuǎn)型，虛擬、云化自適應(yīng)、AI 等手段 將持續(xù)推進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)迭代。

　　百億級賽道，自主可控有待推進(jìn)

　　數(shù)控系統(tǒng)的銷量直接與數(shù)控機(jī)床需求密切相關(guān)。從市場需求來看，一般一臺數(shù)控機(jī)床配 置一套數(shù)控系統(tǒng)，且數(shù)控系統(tǒng)占機(jī)床的成本比例較高，或在 20%以上。根據(jù)國盛智科、 浙海德曼的招股說明書，數(shù)控系統(tǒng)一般占兩家采購比例的 20%+。

　　由于國內(nèi)龐大的機(jī)床消費(fèi)需求及數(shù)控機(jī)床滲透率持續(xù)提升，數(shù)控系統(tǒng)在國內(nèi)具備較大的 市場基礎(chǔ)。根據(jù)德國機(jī)床工業(yè)協(xié)會，2021 年中國機(jī)床消費(fèi) 235.88 億歐元，約占全球消 費(fèi)的 34%，是全球機(jī)床的主要消費(fèi)國。而伴隨國內(nèi)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，數(shù)控機(jī)床銷售占 比提升。根據(jù) MIR，2021 年其目標(biāo)金切機(jī)床(注：主要是數(shù)控機(jī)床)占金切機(jī)床市場 規(guī)模達(dá) 55%。從數(shù)量上看，根據(jù) Wind，2021 年，新增金切機(jī)床的數(shù)控化率提升至 40.5%。 數(shù)控機(jī)床需求的快速增長增益數(shù)控系統(tǒng)的市場規(guī)模。

　　總體來看，數(shù)控系統(tǒng)百億賽道，作為機(jī)床的核心零部件之一，需求規(guī)模較大。根據(jù) MIR， 2021 年國內(nèi) CNC 市場規(guī)模達(dá) 159 億元，同比+37.1%。

　　數(shù)控市場存在持續(xù)提升空間。短期來看，數(shù)控機(jī)床行業(yè)受益制造業(yè)需求改善，銷量回暖 有望帶動數(shù)控系統(tǒng)出貨量回升。長期來看，主要是數(shù)控機(jī)床銷量增長的結(jié)構(gòu)性機(jī)遇及中 高端數(shù)控系統(tǒng)使用占比增加。一方面，相較日本 80%+及美、德等發(fā)達(dá)國家 70%+的數(shù) 控化率，國內(nèi)機(jī)床數(shù)控化率仍有較大提升空間，數(shù)控系統(tǒng)配套需求仍有較大挖潛空間。 另一方面，國內(nèi)中高端機(jī)床的運(yùn)用占比提升，配套的數(shù)控系統(tǒng)功能更加豐富、復(fù)雜，技 術(shù)壁壘更高，價值量將有所增加。

　　同時，目前數(shù)控系統(tǒng)主要由海外品牌占據(jù)較大市場份額且在高端數(shù)控系統(tǒng)對國內(nèi)實(shí)施技 術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)自主可控相對緊迫。目前發(fā)那科、西門子、三菱等海外品牌仍占據(jù)國內(nèi)較 大份額，國產(chǎn)中高端機(jī)床傾向于采購海外系統(tǒng)并在此基礎(chǔ)上做二次開發(fā)，對外依賴相對 明顯。但海外技術(shù)禁運(yùn)下，國內(nèi)在航空航天、兵器、船舶、核工業(yè)等高端制造場景，數(shù) 控系統(tǒng)目前還存在一定的“卡脖子”問題。國產(chǎn)替代空間較大，自主可控紅利有望釋放。

　　篳路藍(lán)縷，披荊斬棘，國產(chǎn)品牌逐步發(fā)力

　　國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展與數(shù)控機(jī)床的進(jìn)步息息相關(guān)。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展可以追溯到 20 世紀(jì) 50 年代，北京第一機(jī)床廠與清華大學(xué)制造出第一臺數(shù)控機(jī)床，但直到改革開放前， 由于國內(nèi)外形勢限制，與先進(jìn)國家技術(shù)交流較少，技術(shù)開發(fā)基本處于封閉狀態(tài)。國內(nèi)數(shù) 控機(jī)床技術(shù)長期處于技術(shù)研究探索階段，機(jī)床數(shù)控化率整體偏低，直接影響對數(shù)控系統(tǒng)等核心部件的技術(shù)積累與研究。數(shù)控系統(tǒng)真正起步或在 80 年代的對外開放，通過引入 海外數(shù)控系統(tǒng)，國內(nèi)逐步開啟數(shù)控化技術(shù)迭代。這其中不乏中外合作的典范且國內(nèi)亦取 得一定的技術(shù)積累。比如，北京機(jī)床所與發(fā)那科研發(fā)出國內(nèi)第一條回轉(zhuǎn)體加工柔性制造 系統(tǒng);北京航空航天大學(xué)研制國內(nèi)首臺微型計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)成批量成功用于航空企業(yè)的 數(shù)控化改造。通過對海外的吸收與運(yùn)用，國內(nèi)在“八五”期間研發(fā)出了當(dāng)時代表先進(jìn)水 平的華中 I 型和藍(lán)天 I 型高檔數(shù)控系統(tǒng)。但彼時機(jī)床產(chǎn)量數(shù)控化率不足 10%，實(shí)際上限 制了國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的迭代運(yùn)用。同時，由于 90 年代末的市場經(jīng)濟(jì)改革，海外機(jī)床產(chǎn)品 打開了國內(nèi)市場，國產(chǎn)機(jī)床低數(shù)控率的弊端凸顯。依賴進(jìn)口，國產(chǎn)機(jī)床份額下降又進(jìn)一 步阻礙國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的迭代和進(jìn)步。直到中國加入 WTO，制造業(yè)迎來騰飛，機(jī)床行業(yè) 開啟“黃金十年”，但數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)基礎(chǔ)薄弱的問題一直存在。具體體現(xiàn)在高端數(shù)控系統(tǒng) 面臨卡脖子，而以沈陽機(jī)床為代表的國企牽頭的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)又遭遇了挫折。數(shù)控系統(tǒng) 的發(fā)展伴隨我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，篳路藍(lán)縷且歷經(jīng)挫折。

　　我們認(rèn)為，2009 年提出的“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技專項(xiàng)(即 04 專項(xiàng))是 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)發(fā)展的重要分水嶺。04 專項(xiàng)本質(zhì)上促進(jìn)了高檔數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系 統(tǒng)和功能部件在航空航天、汽車、船舶和發(fā)電等領(lǐng)域的實(shí)際運(yùn)用，在不斷試錯中完成國 內(nèi)核心技術(shù)、功能、部件的技術(shù)迭代與完善。其中，04 專項(xiàng)在“十二五”期間，聚焦高檔數(shù)控系統(tǒng)、功能部件及成套裝備和生產(chǎn)線的研發(fā);在“十三五”期間，聚焦航空航天、 汽車領(lǐng)域，攻克數(shù)控系統(tǒng)與功能部件可靠性和精度保持技術(shù)等問題。而站在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)， 科德數(shù)控、華中數(shù)控逐步打破高檔數(shù)控系統(tǒng)、五軸數(shù)控機(jī)床等高檔數(shù)控機(jī)床的市場壟斷， 充分得益于 04 專項(xiàng)的扶持。 在政策扶持下，數(shù)控系統(tǒng)走過經(jīng)年，已有較多的應(yīng)用及技術(shù)積累，在產(chǎn)業(yè)端呈現(xiàn)推動國 產(chǎn)替代、自主可控落地的發(fā)展態(tài)勢。近幾年發(fā)展態(tài)勢尤其迅速，量變到質(zhì)變或已在演繹。

　　2022 年 10 月，由我國主導(dǎo)制定的數(shù)控系統(tǒng)系列國際標(biāo)準(zhǔn) ISO23218-2 正式發(fā)布， 標(biāo)志著我國在 04 專項(xiàng)支持下建立的“高檔數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系”成果得到 了國際認(rèn)可。在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)零的突破。

　　根據(jù)工信部，國內(nèi)工業(yè)母機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈已突破了全數(shù)字化高速高精運(yùn)動控制、多軸聯(lián) 動等一批關(guān)鍵核心技術(shù)，高檔數(shù)控機(jī)床平均無故障時間間隔從 600 小時到 2000 小時跨越，精度提升 20%。國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從無到有，在國產(chǎn)機(jī)床中的市 占率持續(xù)提升，由不足 1%提升到 31.9%。

　　而從具體的數(shù)控產(chǎn)品對比來看，以科德數(shù)控與華中數(shù)控的產(chǎn)品為代表，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn) 品較海外的差距逐步縮小且功能愈加豐富，具備螺旋插補(bǔ)、多項(xiàng)式插補(bǔ)、漸開線插補(bǔ)、 NURBS 及 RTCP 等高檔數(shù)控系統(tǒng)功能及完善的誤差補(bǔ)償能力。

　　科德數(shù)控：GNC 系列高檔數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 GNC60/61/62 數(shù)次迭代，達(dá)到了國外 先進(jìn)產(chǎn)品同等水平，產(chǎn)品開放性、適配性強(qiáng)。公司數(shù)控系統(tǒng)功能已達(dá)到西門子 840D 的 95.85%，有能力實(shí)現(xiàn)對進(jìn)口海外數(shù)控系統(tǒng)的國產(chǎn)替代。

　　華中數(shù)控：華中 8 型高性能數(shù)控系統(tǒng)與德國、日本等國家的高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 功能全面對標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 600 余項(xiàng)功能對標(biāo)匹配度達(dá) 100%，高檔型 數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 1900 余項(xiàng)功能對標(biāo)匹配度超過 98%。近期，公司發(fā)布五軸數(shù)控系 統(tǒng)產(chǎn)品包，數(shù)控系統(tǒng)功能經(jīng)過數(shù)輪百日攻關(guān)，整體性能水平實(shí)現(xiàn)較大提升。

　　目前與海外數(shù)控系統(tǒng)的差距主要體現(xiàn)部分功能和性能差距、可靠性及壽命差距、市場接 受度等方面。功能覆蓋上，科德數(shù)控、華中數(shù)控等優(yōu)勢企業(yè)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品持續(xù)迭代，較 海外品牌的系統(tǒng)功能已無明顯差異。但國外高檔系統(tǒng)平均無故障運(yùn)行時間可達(dá) 30000 小 時，使用壽命也大于配套的機(jī)床本體，或可達(dá) 10 年。且國外數(shù)控系統(tǒng)軟件經(jīng)過多年、 多種現(xiàn)場應(yīng)用的反饋修改和積累，容錯率相對較高。而國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品使用壽命一般 10000 小時左右，且在誤差補(bǔ)償、故障診斷與人工智能技術(shù)結(jié)合方面仍落后于國外系統(tǒng)。 從市場接受度來看，目前國內(nèi)中高端數(shù)控機(jī)床仍以海外系統(tǒng)為主，涉及國防軍工等受限 領(lǐng)域，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的使用傾向逐步提高。

　　盡管功能、穩(wěn)定性等方面仍有待完善，但當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)已取得突破，并能夠 在部分高端制造業(yè)勝任加工需要。實(shí)際上隨著國產(chǎn)系統(tǒng)在應(yīng)用的增多，有望復(fù)刻海外數(shù) 控系統(tǒng)的進(jìn)階之路。目前科德數(shù)控高端五軸數(shù)控機(jī)床及自研自制高檔數(shù)控系統(tǒng)均打破海 外壟斷，用于飛機(jī)航空發(fā)動機(jī)的閉式葉輪、機(jī)匣、主軸、葉盤等部件制造，汽車發(fā)動機(jī) 殼體、變速箱殼體及引擎蓋、輪轂等加工。下游主要覆蓋航空航天、汽車、軍工等高端 制造，且客戶認(rèn)可度高，22H1 整機(jī)的復(fù)購率超 30%，并持續(xù)開辟中國航空航天科工技 術(shù)研究院等航空航天、兵器、能源、刀具、機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的新客戶。華中 8、9 型數(shù)控 系統(tǒng)在航天航空、船舶、發(fā)電、汽車、3C 制造等領(lǐng)域批量應(yīng)用，目前累計為專項(xiàng)提供 1500 臺高檔數(shù)控機(jī)床配套，其中 241 臺套五軸數(shù)控系統(tǒng);累計在制造業(yè)領(lǐng)域配套五軸數(shù)控系統(tǒng) 2000 多臺套。華中數(shù)控與秦川機(jī)床、豪邁機(jī)床、紐威數(shù)控、海天精工等合作， 推動數(shù)控系統(tǒng)的持續(xù)迭代升級及優(yōu)化。

　　AI 等新技術(shù)賦能，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)有望實(shí)現(xiàn)換道超車

　　數(shù)控系統(tǒng)的功能和算法是系統(tǒng)核心技術(shù)的集成體現(xiàn)，功能的擴(kuò)展完善及算法的性能提升 是應(yīng)用端長期迭代的結(jié)果。歐洲、日本等外國品牌的優(yōu)勢體現(xiàn)在經(jīng)過幾十年的發(fā)展，參 與解決了各種復(fù)雜的應(yīng)用案例，其系統(tǒng)通過參數(shù)配置不僅能夠滿足通用車床、銑床、激 光、木工、石材等應(yīng)用領(lǐng)域，而且對傳統(tǒng)的專機(jī)如滾齒機(jī)、彈簧機(jī)、旋壓機(jī)、線切割等 配套也成熟完善，即使在特定應(yīng)用領(lǐng)域，由于多年經(jīng)驗(yàn)積累、軟件迭代，也能較好應(yīng)對 下游復(fù)雜需求。 當(dāng)前 AI、數(shù)字孿生等新技術(shù)發(fā)展方興未艾，運(yùn)用于數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域有望為國產(chǎn)系統(tǒng)創(chuàng)造 “換道超車”的契機(jī)。相較于海外的數(shù)控系統(tǒng)，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)缺乏的是對廣泛行業(yè)運(yùn)用 的現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，軟件迭代相較更短，從而在功能的完善及穩(wěn)定性一致性上表現(xiàn)不足。 AI、數(shù)字孿生等新技術(shù)的引入實(shí)際上加速了國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)積累過程，在龐大的數(shù) 據(jù)庫中自學(xué)習(xí)優(yōu)化并提供智能決策，有望更快形成海外數(shù)控系統(tǒng)以“時間”及“經(jīng)驗(yàn)” 鑄就的技術(shù)壁壘。

　　數(shù)控系統(tǒng)人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)的運(yùn)用體現(xiàn)在包含加工工藝的智能推理制定，加 工信息的自主建模與智能分析，加工過程的智能決策、智能控制，工業(yè)大數(shù)據(jù)累積知識 的自成長學(xué)習(xí)、智能迭代優(yōu)化等多個方面。

　　加工前：AI 將進(jìn)行零部件要求分析、工藝方法選擇、加工特征排序、加工軌跡規(guī)劃、加 工過程仿真以及程序智能編制等工藝任務(wù)流程。比較在工藝方法決策階段直接在零部件 的 CAD 模型提煉出材料、尺寸、工藝要求等特征，并進(jìn)行合適工藝的匹配。根據(jù)《基 于改進(jìn) BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)面向 STEP-NC 2.5D 制造特征的智能宏觀工藝規(guī)劃》，采用 BP 神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)工件孔加工特征類型、毛坯類型、表面粗糙度等指標(biāo)快速制定鏜孔、 鉸孔、攻絲等工藝路線，并智能規(guī)劃加工軌跡。同時，針對多步加工工藝，人工智能可 以對粗加工、半精加工和精加工等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行過程建模和仿真分析，比較不同加工策 略以及加工參數(shù)對顫振穩(wěn)定性、切削轉(zhuǎn)矩、軸功率、刀具變形、表面粗糙度等的影響程 度，規(guī)劃最優(yōu)加工解決方案。

　　加工中：人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)面對切削過程的復(fù)雜特征，需要實(shí)時監(jiān)測/評估切 削刀具、工件、機(jī)床等多個實(shí)時狀態(tài)變化并對存在的偏差進(jìn)行感知與修正，對可能發(fā)生 的故障、錯誤等問題進(jìn)行提前預(yù)警。

　　刀具：對切削過程中切削力、振動、切削溫度、主軸功率、2D 圖像等信息搜集及 分析實(shí)現(xiàn)對刀具狀態(tài)智能量化感知，對刀具剩余壽命進(jìn)行預(yù)測判斷，保證刀具的 高效加工及效果一致性。

　　工件：對工件的幾何精度、表面形貌、粗糙度、殘余應(yīng)力、加工硬化等不同狀態(tài)進(jìn) 行智能分析判斷，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)葍?yōu)化控制。

　　機(jī)床：對機(jī)床加工誤差(幾何誤差、熱誤差、動態(tài)誤差等)、模態(tài)、剛度等機(jī)床性 能狀態(tài)及各種可能的故障狀態(tài)進(jìn)行建模分析，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)葍?yōu)化控制。 加工后：充分利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息中的價值，經(jīng)過采集、預(yù)處理、清洗和關(guān)聯(lián)整合等步驟， 形成基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的知識庫。利用不同機(jī)床的大數(shù)據(jù)知識集組合，比如機(jī)床能耗大數(shù) 據(jù)、機(jī)床故障診斷等，可以對機(jī)床各個方面狀態(tài)進(jìn)行智能分析與優(yōu)化應(yīng)用。同時人工智 能可以對工藝大數(shù)據(jù)、參數(shù)優(yōu)化大數(shù)據(jù)、故障診斷大數(shù)據(jù)等實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)成長，代替人工 經(jīng)驗(yàn)判斷，極大提升工作效率。

　　總體而來，引入人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)，對現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生更大優(yōu)化，或?qū)⒄?正意義上使機(jī)床設(shè)備實(shí)現(xiàn)“自主感知-自主學(xué)習(xí)-自主決策-自主執(zhí)行”的智能化制造。而 國內(nèi)制造業(yè)的一大優(yōu)勢是靠近龐大的終端市場，制造業(yè)工業(yè)增加值在全球占據(jù)最大比例， 具備龐大的制造業(yè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)促進(jìn)智能型數(shù)控系統(tǒng)迭代更新。實(shí)際上，實(shí)時補(bǔ)償、控制優(yōu) 化、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)運(yùn)用等功能的實(shí)現(xiàn)在國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)均已有體現(xiàn)，而 AI、數(shù)字 孿生等新技術(shù)或?qū)⒅鴥?nèi)系統(tǒng)更加完善和更快發(fā)展。

　　目前西門子 Sinumerik One、歐盟的 Twin Control、DMG 的 CELOS 系統(tǒng)、OKUMA 智 能化數(shù)控系統(tǒng)均是典型應(yīng)用案例。比如 OKUMA 智能化數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱親和(降低發(fā)熱 變形對機(jī)床精度影響+熱變形補(bǔ)償)、加工導(dǎo)航(傳感器傳遞加工狀態(tài)信息，給出最佳主軸轉(zhuǎn)速)、參數(shù)自動測量補(bǔ)償、最佳伺服參數(shù)優(yōu)化控制(動態(tài)適應(yīng)加工負(fù)載重量、轉(zhuǎn)動慣 量變化)等。國內(nèi)華中數(shù)控首創(chuàng)基于云計算的數(shù)控系統(tǒng)智能化技術(shù)，發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)電控 大數(shù)據(jù)指令域分析方法，成功推出“華中 9 型新一代人工智能數(shù)控系統(tǒng)”。其主要技術(shù) 特點(diǎn)之一是使用數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)自主決策。在實(shí)際應(yīng)用方面，華中 9 型人工智能數(shù)控系統(tǒng) 1)能預(yù)測機(jī)床熱變形規(guī)律，對熱變形進(jìn)行補(bǔ)償;2)自主優(yōu)化工藝參數(shù)，提高加工效率; 3)匯聚機(jī)床裝配、調(diào)試、補(bǔ)償、健康保障及使用過程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床全生命周期運(yùn)維管 理。目前公司以華中 9 型新一代人工智能數(shù)控系統(tǒng)為平臺，與江西佳時特精密、寶雞機(jī) 床、秦川機(jī)床、沈陽精銳數(shù)控機(jī)床、漢江機(jī)床等多家企業(yè)共同聯(lián)合研發(fā)，研發(fā)了精密加 工中心、智能五軸加工中心、智能車削中心、滾齒機(jī)等不同領(lǐng)域、多種類型的智能機(jī)床。 截止 2022 年 3 月，華中 9 型智能數(shù)控系統(tǒng)已在汽車行業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)千套批量配 套與應(yīng)用，建成了數(shù)條汽車典型零部件加工智能制造生產(chǎn)線。

　　核心功能部件：推進(jìn)自主化、國產(chǎn)化，薄弱環(huán)節(jié) 持續(xù)改善

　　數(shù)控機(jī)床核心功能部件是工業(yè)母機(jī)的重要組成部分，其中電主軸、滾動功能部件(滾珠 絲杠副、直線導(dǎo)軌副)、復(fù)合銑頭、刀庫、刀塔等核心部件直接影響著主機(jī)的技術(shù)水平和 發(fā)展速度，掌握機(jī)床核心功能部件的自主研發(fā)與創(chuàng)新。從產(chǎn)品的指標(biāo)水平上看，我國的數(shù)控機(jī)床核心功能部件的運(yùn)動穩(wěn)定性、產(chǎn)品可靠性等綜合性能方面與發(fā)達(dá)國家同規(guī)格的 知名品牌存在一定差距。近年來，國內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)部分核心功能部件產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到 或接近國外先進(jìn)水平。但目前國產(chǎn)機(jī)床功能部件(電主軸、絲杠、導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)臺)在中檔 市場占有率不足 50%，高檔產(chǎn)品 90%以上依靠進(jìn)口，高檔零部件和功能部件基本被德 國、日本、瑞士、美國等國外企業(yè)占據(jù)。核心功能部件的中高端市場國產(chǎn)替代仍有較大 空間。

　　滾珠絲杠：高精密傳動部件，國產(chǎn)替代起步

　　滾珠絲杠作為一種高精度的傳動部件，大量應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動化加工中心、電子精 密機(jī)械、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、伺服機(jī)械手、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備等各種領(lǐng)域。其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。根據(jù)滾珠回流方式的差 異，滾珠絲杠分為外循環(huán)回流、內(nèi)循環(huán)回流、端蓋回流等產(chǎn)品。

　　滾珠絲杠常見的性能指標(biāo)包括公稱直徑、導(dǎo)程、長度、精度等指標(biāo)。 公稱直徑：規(guī)格包括 12、14、16、20、25、32、40、50、80mm 等，與負(fù)載相 關(guān)，公稱直徑越大，滾珠絲杠的負(fù)載將更高。 導(dǎo)程：絲杠旋轉(zhuǎn)一周的直線運(yùn)動距離，常見的導(dǎo)程有 5、6、8、10、15、20、25mm 級，在同樣電機(jī)轉(zhuǎn)速驅(qū)動下，導(dǎo)程越高的滾珠絲杠運(yùn)動的距離將更長。 長度：包括全長及螺紋長度。其中螺紋長度包括有效行程、螺母長度等，全長還需 考慮兩端支撐長度、設(shè)計裕量、動力輸入連接長度(考慮聯(lián)軸器長度)等。越高精 度的滾珠絲杠真直度要求更高，因此細(xì)長比越大加工困難越高，剛性也較差。 品質(zhì)與精度：由導(dǎo)程誤差、表面粗糙度、幾何公差、溫升及噪音等指標(biāo)決定。不同 大小的絲杠能達(dá)到的精度水平有所差距，不同精度產(chǎn)品用于機(jī)床類型有所不同， 且國內(nèi)外對絲杠精度標(biāo)準(zhǔn)亦有微小差別。

　　中國是滾珠絲杠產(chǎn)品重要消費(fèi)市場之一，近年來國內(nèi)市場規(guī)模占全球規(guī)模總量的 20% 左右。伴隨國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，滾珠絲杠作為自動化重要傳動部件，需求持續(xù)提升。 2021 年滾珠絲杠市場規(guī)模為 25.55 億元，2015-2021 年市場 CAGR 為 10.1%。

　　目前國內(nèi)滾珠絲杠主要由上銀科技、THK、NSK 等品牌占據(jù)，由于海外技術(shù)封鎖，國產(chǎn) 滾動部件水平基本保持在 P2 級以下水平，大部分產(chǎn)品在 P3-P5 級，難以滿足中高端機(jī)床需求，國內(nèi)廠商穩(wěn)步推進(jìn)國產(chǎn)替代，但在產(chǎn)品品類及同品類產(chǎn)品的精度、剛性、使用 壽命等方面較中國臺灣地區(qū)品牌及海外產(chǎn)品仍有一定差距。同時，海外品牌的高精度產(chǎn) 品對國內(nèi)存在進(jìn)口限制。 品類差異：根據(jù)公稱直徑、公稱導(dǎo)程、鋼球直徑、循環(huán)圈數(shù)等指標(biāo)排列組合形成不 同 SKU 產(chǎn)品。對比上銀科技和南京工藝，南京工藝覆蓋的公稱直徑型號、鋼球直 徑型號、公稱導(dǎo)程型號等較上銀均有差異，上銀科技的產(chǎn)品 SKU 較國內(nèi)企業(yè)品系 更加復(fù)雜繁多。 指標(biāo)差異：針對同一類型 SKU 或者相接近的產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品在動負(fù)載、靜負(fù)載及 剛度等指標(biāo)較進(jìn)口品牌仍有一定差距。

　　機(jī)床使用高精度的滾珠絲杠產(chǎn)品，精度誤差(單一導(dǎo)程&任意 300 導(dǎo)程)要求在微米級。 目前國內(nèi)滾珠絲杠廠商包括南京工藝、秦川機(jī)床、博特精工等，為國產(chǎn)替代中堅(jiān)力量。 南京工藝：目前其高速滾珠絲杠副性能達(dá)到 60m/min 運(yùn)行時噪音 70dB，高速滾 動直線導(dǎo)軌副 60m/min 運(yùn)行時噪音 68dB，為精密臥式加工中心批量配套滾珠絲 杠副、滾動導(dǎo)軌副，實(shí)現(xiàn)各軸快移速度 40m/min、定位精度 0.002mm、重復(fù)定位 精度 0.001mm。公司產(chǎn)品為高速、高精中高檔數(shù)控機(jī)床大批量配套，推進(jìn)了國產(chǎn) 滾動功能部件的提檔升級和替代進(jìn)口。 秦川機(jī)床：下屬子公司漢江機(jī)床可生產(chǎn) 2、3 級精度的滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌，有較 高的精度保持性，可以滿足中高檔數(shù)控機(jī)床的要求，實(shí)現(xiàn)了在新能源汽車領(lǐng)域制 造裝備滾動功能部件和精密螺桿副的國產(chǎn)化推廣應(yīng)用。博特精工：前身為山東濟(jì)寧絲杠廠，產(chǎn)品品類包括精密滾珠絲杠副、精密滾動直線 導(dǎo)軌副、高速精密電主軸、精密機(jī)械主軸單元、X-Y 精密雙坐標(biāo)工作臺、精密主軸 等。產(chǎn)品為軍工裝備、核電裝備、航空航天、軌道交通、高端醫(yī)療、自動化裝備、 冶金裝備、印刷包裝裝備、儀器儀表等行業(yè)配套且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品出口。

　　電主軸：具備耗材屬性，專業(yè)生產(chǎn)商+整機(jī)廠自制國產(chǎn) 替代提速

　　電主軸是機(jī)床主傳動系統(tǒng)的核心部件。主傳動系統(tǒng)功能是將電動機(jī)的原動力轉(zhuǎn)換成可供 主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度以適應(yīng)不同的工件和工藝，主傳動系統(tǒng)應(yīng)具 有較大的調(diào)速范圍、較高的精度及剛度，并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的加工效率 和加工精度。 電主軸是將電機(jī)與主軸從結(jié)構(gòu)上融為一體的新型傳動方式，相較于機(jī)械主軸，省去了皮 帶、齒輪或聯(lián)軸器的傳動環(huán)節(jié)，從而具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪聲低、振動小和轉(zhuǎn)動慣 量小等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)很高的速度、加速度及定角度的快速啟停。電主軸的功率、轉(zhuǎn)速、 輸出扭矩等直接影響機(jī)床的切削性能及加工精度。1)在一定轉(zhuǎn)速下，電機(jī)功率越高，輸 出扭矩將越高，主軸的加工效率越高。2)動態(tài)跳動、振動值越低，主軸加工更穩(wěn)定且加 工精度越高。3)軸端靜態(tài)偏擺、動態(tài)偏擺越小，加工精度越高。 目前電主軸按照軸承類型分為滾動軸承、氣浮軸承、液體滑動軸承和磁懸浮軸承等電主 軸。按照電機(jī)類型分為異步型電主軸、永磁同步型電主軸。按照用途分為加工中心用、 數(shù)控車床用、磨削用、鉆削用等電主軸。各種類型互有優(yōu)劣，下游主要運(yùn)用領(lǐng)域或有差 異，且技術(shù)難點(diǎn)亦表現(xiàn)不同。

　　電主軸具備耗材屬性。電主軸由數(shù)十種緊密零配件組裝而成，主要部件包括軸芯組件、 電機(jī)、支撐部件、冷卻系統(tǒng)、氣缸組件、拉刀組件、氣封組件等。電主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會 因?yàn)楣r環(huán)境惡劣、操作不當(dāng)、部件磨損等導(dǎo)致故障，根據(jù)昊志機(jī)電招股說明書，一般 1 年后故障率明顯提升，年下機(jī)率一般為 30%-70%，需要更換或者保養(yǎng)、檢修。因此， 電主軸市場需求主要來自于兩方面，1)數(shù)控機(jī)床需求量提升帶來的配套需求增加，一般一臺機(jī)床配一套或多套電主軸;2)存量數(shù)控機(jī)床數(shù)量增加，而電主軸的耗材屬性，決 定每年會有較大的更換量。 根據(jù) QY Research，近幾年隨著市場占有率提升和國內(nèi)企業(yè)技術(shù)發(fā)展成熟，中國電主軸 市場在 2021 年規(guī)模達(dá)到 4.78 億美元，同比+11.75%;2022 年市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到 5.26 億美元，至 2028 年預(yù)計將增長至 7.74 億美元，2022-2028 年復(fù)合增長率約為 6.67%。從競爭格局來看，國內(nèi)電主軸主要生產(chǎn)廠商以歐洲、日本和本土企業(yè)為主。外 資品牌占據(jù)高端市場的主要份額，以昊志機(jī)電為代表的電主軸專業(yè)廠商已在積極推動國 產(chǎn)替代。根據(jù) QY Research，測算 2021 年昊志機(jī)電的電主軸市場份額或達(dá)到 20.3%。

　　同時，在國內(nèi)機(jī)床整機(jī)配套市場上，機(jī)床整機(jī)廠商除了向?qū)I(yè)電主軸生產(chǎn)企業(yè)購買，自 身亦在積極開展電主軸自制，降本增效的同時，形成核心部件的產(chǎn)業(yè)化配套能力。實(shí)際 上，海外電主軸廠商一般負(fù)責(zé)電主軸的總體設(shè)計、技術(shù)研發(fā)以及零配件的裝配和測試工 作，其余的關(guān)鍵零部件如軸承、內(nèi)裝電機(jī)等由市場采購，專業(yè)分工細(xì)致，在關(guān)鍵功能部 件的研發(fā)上具有較強(qiáng)的前瞻性和創(chuàng)新能力。以此類推，國內(nèi)機(jī)床整機(jī)廠商亦有能力根據(jù) 自身需要設(shè)計及生產(chǎn)電主軸產(chǎn)品。

　　科德數(shù)控：于 2020 年布局電主軸產(chǎn)能，在銀川建立電主軸生產(chǎn)基地，并與 2022 年基本達(dá)產(chǎn) 400 臺套，配套自身五軸機(jī)床產(chǎn)品銷售，產(chǎn)能接近飽和。2023 年 2 月， 發(fā)布定增預(yù)案，投建項(xiàng)目之一高端機(jī)床核心功能部件及創(chuàng)新設(shè)備智能制造中心建 設(shè)項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，電主軸產(chǎn)量可達(dá) 1300 臺套。

　　海天精工：2022 年年報公告，持續(xù)進(jìn)行高速電主軸、附件頭等功能部件的開發(fā)， 重點(diǎn)圍繞批量化產(chǎn)品的電主軸系列開發(fā)和整理，降低終端產(chǎn)品的成本。目前，電主 軸性能持續(xù)優(yōu)化。

　　創(chuàng)世紀(jì)：2022 年 10 月公告，公司積極布局關(guān)鍵部件研發(fā)，已實(shí)現(xiàn)高端機(jī)床核心 部件刀庫 90%功能以及主軸 50%功能的自主設(shè)計，并可從合作供應(yīng)商取得相應(yīng)配 件。

　　紐威數(shù)控：根據(jù)公司招股說明書，車床主軸全部自主研發(fā)，加工中心主軸部分自主 研發(fā)，目前具備高功率大扭矩電主軸系列產(chǎn)品。

　　國盛智科：針對直角頭、轉(zhuǎn)臺、主軸、齒輪箱等，采取逐步自制模式。其中龍門主 軸全齒輪傳動部分批量生產(chǎn)，基本替代進(jìn)口齒輪箱結(jié)構(gòu)。臥加大扭矩電主軸已完 成設(shè)計，進(jìn)入試制階段。

　　轉(zhuǎn)臺和銑頭：整機(jī)廠商自主化能力提升，諧波轉(zhuǎn)臺逐步 導(dǎo)入

　　轉(zhuǎn)臺和雙擺頭是機(jī)床從三軸聯(lián)動向更高聯(lián)動軸數(shù)演進(jìn)，在 X、Y、Z 的直線軸基礎(chǔ)上，對 新增 A、B、C 軸提供的解決方案。以五軸機(jī)床為例，常見的五軸數(shù)控機(jī)床根據(jù)三個旋 轉(zhuǎn)軸不同轉(zhuǎn)動形式，具體分為雙擺頭式、俯垂型擺頭式、雙轉(zhuǎn)臺式、俯垂型工作臺式、 一擺一轉(zhuǎn)式。

　　數(shù)控機(jī)床加工精度部分受數(shù)控轉(zhuǎn)臺承載力及動態(tài)特征影響。高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)臺設(shè)計、制 造為數(shù)控機(jī)床的難點(diǎn)問題。轉(zhuǎn)臺分為直驅(qū)轉(zhuǎn)臺和外驅(qū)轉(zhuǎn)臺兩大類，外驅(qū)轉(zhuǎn)臺進(jìn)一步分為 蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺、凸輪滾子轉(zhuǎn)臺以及諧波轉(zhuǎn)臺。

　　直驅(qū)轉(zhuǎn)臺：采用電機(jī)直接驅(qū)動負(fù)載，無背隙、速度高，定位精度較高，但加工剛性 較差，適合輕切削加工。

　　蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺：傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過帶動渦輪、蝸桿的齒輪嚙合從而傳遞動 力。但蝸輪蝸桿傳動效率低、回轉(zhuǎn)精度不高，且嚙合傳動會造成齒輪磨損影響精 度，半年至一年就需要定期維護(hù)。

　　滾子凸輪結(jié)構(gòu)：弧面分度凸輪槽表面與轉(zhuǎn)塔上的從動滾子(滾針軸承)元件外表面 呈線接觸嚙合，通過電機(jī)帶動凸輪、從動滾子轉(zhuǎn)動，從動滾子在旋轉(zhuǎn)過程中利用內(nèi) 部滾柱軸承來傳遞扭矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)輪(即工作臺)轉(zhuǎn)動。由蝸輪蝸桿的齒輪嚙合轉(zhuǎn)為 滾動傳遞動力，摩擦更小，精度依靠滾子凸輪保證，而凸輪和滾子完美嚙合，實(shí)現(xiàn) 零背隙、高精度。同時，凸輪和滾針軸承剛性更高，更耐磨。

　　諧波轉(zhuǎn)臺：由諧波減速器和伺服電機(jī)組成，依靠波發(fā)生器裝配柔性軸承使柔輪產(chǎn) 生可控彈性變形，并與剛性齒輪嚙合來傳遞運(yùn)動和動力，具有轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)簡單、精度 高、體積小、傳遞扭矩大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來在市場逐步導(dǎo)入，占比提升。目 前諧波轉(zhuǎn)臺主要滿足精密磨具、新能源、高端裝備、半導(dǎo)體、醫(yī)療器械、3C 等領(lǐng) 域的加工需求。

　　國產(chǎn)化方面，昊志機(jī)電諧波轉(zhuǎn)臺采用三波諧波減速器，較一般諧波嚙合齒數(shù)提高至少 50%，剛性大幅提升約 75%，傳動精度提升 20%，在同等規(guī)格下輸出更大扭矩、更大 剛性，實(shí)現(xiàn)更大的切削能力且精度波動更平滑穩(wěn)定。綠的諧波首創(chuàng)機(jī)床專用的高精度、 高剛性減速器與高功率密度直驅(qū)電機(jī)集成的一體化數(shù)控轉(zhuǎn)臺，廣泛應(yīng)用于加工中心、數(shù) 控鏜銑床等高端機(jī)場領(lǐng)域。目前產(chǎn)品包括 KCR 系列數(shù)控機(jī)床四軸轉(zhuǎn)臺、KFR 系列數(shù)控 機(jī)床五軸轉(zhuǎn)臺。同時，機(jī)床整機(jī)廠亦積極布局轉(zhuǎn)臺，實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)+配套整機(jī)產(chǎn)品。比如國 盛智科自制現(xiàn)已實(shí)現(xiàn) 5 噸-25 噸全系列轉(zhuǎn)臺的自制化，轉(zhuǎn)臺成為客戶優(yōu)選，進(jìn)口轉(zhuǎn)臺業(yè) 務(wù)基本停止?？傮w來看，轉(zhuǎn)臺產(chǎn)品自主化程度有所提升，且搭配諧波減速器逐步實(shí)現(xiàn)國 產(chǎn)替代、性能穩(wěn)定性持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品，國產(chǎn)轉(zhuǎn)臺的性能水平有望穩(wěn)步提升。

　　雙擺頭銑頭國產(chǎn)化腳步提速。在陸續(xù)攻克雙擺頭銑頭產(chǎn)品夾緊重復(fù)定位精度技術(shù)、雙擺 直驅(qū)技術(shù)、動態(tài)精度補(bǔ)償技術(shù)、制造及裝配技術(shù)、高速動平衡技術(shù)、可靠性技術(shù)等核心 技術(shù)后，國內(nèi)包括科德數(shù)控、濟(jì)南二機(jī)、國盛智科、大連機(jī)床、埃弗米等開發(fā)出了雙擺 頭銑頭產(chǎn)品，整體技術(shù)指標(biāo)接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　大連機(jī)床：研制 QM350 系列直驅(qū)式 A/C 數(shù)控雙擺角萬能銑頭產(chǎn)品，可應(yīng)用與龍 門加工中心、翻版銑等高端五軸數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)與 GMN、cytec 進(jìn)行對標(biāo)，扭矩、 擺角、定位精度等達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　科德數(shù)控：銑頭產(chǎn)品包括雙擺頭及 45 度銑頭，產(chǎn)品采用直驅(qū)技術(shù)精度高、響應(yīng)快、 尺寸小、剛性強(qiáng)。

　　濟(jì)南二機(jī)：2020 年 12 月，公司牽頭承擔(dān)的“數(shù)控機(jī)床雙擺角銑頭關(guān)鍵技術(shù)研究 及應(yīng)用示范”課題在陜西漢中順利通過綜合績效評價和檔案終驗(yàn)收。該國家重大 科技專項(xiàng)攻克了雙擺角銑頭系列化、關(guān)鍵零件制造、靜/動態(tài)精度調(diào)整、補(bǔ)償及性 能優(yōu)化、與國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的匹配以及可靠性驗(yàn)證等一系列關(guān)鍵技術(shù)，完成了重點(diǎn) 領(lǐng)域用戶 40 臺套產(chǎn)品的示范應(yīng)用。

　　國盛智科：目前龍門五面體加工中心的全自動頭基本 100%自制。臥加五軸自動頭、 雙面頭、延長頭等核心部件已完成設(shè)計，進(jìn)入試制階段。

　　(本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。)

　　精選報告來源：【未來智庫】。